EP4743729A1 - Procédé et appareil de séparation de co2 à partir d'au moins deux flux à compositions différentes - Google Patents

Procédé et appareil de séparation de co2 à partir d'au moins deux flux à compositions différentes

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EP4743729A1
EP4743729A1 EP24734861.8A EP24734861A EP4743729A1 EP 4743729 A1 EP4743729 A1 EP 4743729A1 EP 24734861 A EP24734861 A EP 24734861A EP 4743729 A1 EP4743729 A1 EP 4743729A1
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EP
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depleted
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fluid
gas
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EP24734861.8A
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Inventor
Richard Dubettier-Grenier
Guillaume Rodrigues
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Dans un procédé intégré de séparation, un premier débit (1) contenant un premier pourcentage de CO2 est comprimé (IC), séparé dans une unité de pré-concentration (P), produisant un gaz (11) enrichi en CO2 et appauvri en oxygène par rapport au premier débit et le gaz enrichi en CO2 est séparé (1F) produisant un fluide contenant au moins 95% mol CO2(19) et au moins un premier fluide appauvri en CO2 (15, 17), un deuxième débit (2) contient un deuxième pourcentage de CO2 supérieur au premier pourcentage, le deuxième débit est comprimé (2C), séché dans une deuxième unité de séchage (2D), séparé par condensation partielle et/ou par distillation dans une deuxième unité de séparation (2F, 2G), la deuxième unité de séparation produisant un fluide enrichi en CO2 (119) contenant au moins 90% mol de CO2 et appauvri en oxygène ainsi qu'un deuxième fluide appauvri en CO2 et enrichi en oxygène (121) et pour récupérer le CO2 présent dans le deuxième fluide appauvri en CO2, celui-ci est envoyé au moins en partie en amont de l'unité de pré-concentration.

Description

    Procédé et appareil de séparation de CO2 à partir d’au moins deux flux à compositions différentes
  • La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de séparation de CO2 à partir d’au moins deux flux à compositions différentes en CO2 à base sèche.
  • Au moins un des flux contient moins que 50% mol de CO2 à base sèche, préférablement moins que 30% mol de CO2 à base sèche, voire moins que 20% mol de CO2 à base sèche et au moins un autre des flux contient plus que 50% mol de CO2 à base sèche.
  • Par exemple, au moins un des flux contient moins que 25% mol de CO2 à base sèche et au moins un autre des flux contient plus que 90 % mol de CO2 à base sèche.
  • Des flux à compositions différentes en CO2 se trouvent dans beaucoup de procédés. Des flux à concentration élevée en CO2 sont souvent produits par des unités bien connues, telles qu’un lavage aux amines sur du gaz de synthèse pour enlever le CO2 en amont d’une séparation cryogénique de monoxyde de carbone.
  • Des flux à concentration élevée sont également produits par des technologies opérant sur des fumées, telles que le lavage aux amines ou sont produits directement par le procédé amont par l’oxycombustion partielle ou complète.
  • En même temps que des flux à concentration élevée sont produits, des flux contenant moins de CO2 que ceux-ci sont souvent disponibles dans la même zone géographique ou le même procédé industriel.
  • On peut citer les exemples suivants :
  • [Tab 1]
    Flux plus concentré (% mol CO2 à base sèche) Flux moins concentré (% mol CO2 à base sèche)
    SMR Lavage aux amines dimensionné par chaleur résiduelle disponible (>95%) Gaz envoyé à la cheminée par SMR (15%-25%)
    Raffinerie Lavage aux amines (>95%) Gaz résiduaire de craquage catalytique sur lit fluidisé (FCC) (15%-25%)
    Ou
    Four de réchauffage (10-20%CO2)
    Cimenterie Lavage aux amines dimensionné par la chaleur résiduelle disponible (>95%)
    - Oxycombustion pour pre-calcinateur/calcinateur séparé ou pas (>60%)
    - Procédé Calix (>90%)    		 Cheminée principale (15%-35%)
    Cheminée dédiée au four rotatif (10%-25%)
    Usine à chaux Oxycombustion avec four régénératif à flux parallèles (PRFK) (>60%)
    Four régénératif à flux parallèles avec extraction de l’air de refroidissement (>40%)    		 Four à tambour rotatif, four axial ou cheminée de PRFK (15%-25%)
    Aciérie Lavage aux amines du gaz de réacteur DRI (>95%) ou d’un autre gaz de l’aciérie (par exemple gaz de haut fourneau)
    Résiduaire de PSA sur gaz de haut fourneau    		 Gaz résiduaire de chauffage à combustible (15%-30%)
    Ou gaz de haut fourneau
    (15-30%)
  • Les exemples ci-dessus ne sont pas exhaustifs et peuvent même être croisés dans un bassin industriel (par exemple un flux venant d’une cimenterie, un autre venant d’une usine à chaux ou d’un SMR…).
  • Des flux à concentration en CO2 différents peuvent être traités en mutualisant certaines parties du traitement, de préférence en permettant d’atteindre des taux de récupération de CO2 de plus de 92% mol, voire de plus de 95% mol pour les flux à basse concentration et des taux allant jusqu’à 99% mol pour des sources à concentration élevée.
  • Par exemple, pour une source de CO2 gazeux contenant 15-25 mol% CO2 d’une cheminée et une source de CO2 gazeux contenant plus que 95% mol de CO2 d’un lavage aux amines, le gaz contenant entre 15 et 25% mol de CO2 peut être épuré par adsorption ((V)PSA), perméation, condensation partielle et/ou distillation pour former un gaz enrichi en CO2 et :
    • le gaz enrichi en CO2 et le gaz contenant plus que 95%mol de CO2 peuvent être comprimés ensemble, le gaz contenant plus que 95% mol ayant été séché en amont de la compression commune,
    • le gaz enrichi en CO2 et le gaz contenant plus que 95%mol de CO2 peuvent être comprimés et séchés ensemble.
  • Le gaz contenant 15-25% mol de CO2 peut être séparé par condensation partielle et/ou distillation pour produire un liquide.
  • En même temps le gaz produit par le lavage aux amines peut être liquéfié indépendamment.
  • Le gaz contenant 15-25% mol de CO2 peut être séparé par adsorption ((V)PSA), perméation, condensation partielle et/ou distillation pour produire un gaz enrichi en CO2 qui est liquéfié dans le même liquéfacteur que le gaz produit par lavage aux amines.
  • Autrement le gaz produit par lavage aux amines peut être séché et comprimé puis envoyé à l’étape de condensation partielle et/ou de distillation alimentée par le gaz contenant 15-25% mol de CO2 pour produire un débit commun de CO2 liquide.
  • Par exemple le gaz contenant 15-25% mol de CO2 peut être un gaz résiduaire de SMR et le gaz contenant plus que 95% mol de CO2 peut être produit par lavage aux amines installé sur le gaz de synthèse (typiquement en amont d’une captation du CO par voie cryogénique).
  • Pour d’autres applications, des débits contenant du CO2 peuvent être coproduits par de l’oxycombustion et par de la combustion à l’air. Dans ce cas, l’oxycombustion produit un débit gazeux contenant 50-97% mol de CO2 alors que la combustion à l’air produit un débit gazeux contenant entre 15-35% mol de CO2.
  • Chaque débit peut être traité indépendamment pour produire deux produits gazeux enrichis en CO2.
  • Sinon les deux débits traités indépendamment peuvent être comprimés par un compresseur commun formant un débit gazeux unique sous pression.
  • Autrement chaque débit peut être traité indépendamment pour produire deux produits gazeux enrichis en CO2 et les deux produits gazeux peuvent être liquéfiés dans un liquéfacteur commun.
  • Selon l’invention, il est proposé un procédé intégré présentant un intérêt particulier pour le cas où deux débits sont produits dont un premier débit contient un premier pourcentage de CO2 et le deuxième débit contient un deuxième pourcentage de CO2 supérieur au premier pourcentage.
  • Il s’applique au cas où le premier débit est séparé dans une unité de pré-concentration, par exemple pré-concentration par adsorption dans une unité d’adsorption, produisant un gaz enrichi en CO2 par rapport au premier débit et le gaz enrichi en CO2 en séparé par condensation partielle et/ou par distillation.
  • Le deuxième débit est séparé par condensation partielle et/ou par distillation, en produisant un fluide enrichi en CO2 et un fluide appauvri en CO2. Pour récupérer le CO2 présent dans le fluide appauvri en CO2, celui-ci est recyclé pour être séparé dans l’unité de préconcentration utilisée pour séparer le premier débit.
  • Ceci apporte des avantages significatifs, en permettant d’augmenter le rendement global en CO2. De plus il permet de réduire le coût de l’installation en éliminant les membranes ou le PSA CO2 dédié utilisées habituellement pour récupérer le CO2 dans le fluide appauvri en CO2. Il devient possible d’utiliser une unité en aval du recycle vers l’unité de préconcentration opérant à basse température pour séparer par condensation partielle et/ou distillation pour produire un fluide contenant au moins 90% mol CO2 alors qu’habituellement de telles concentrations ne sont pas atteignables avec une bonne efficacité.
  • Selon un objet de l’invention, il est prévu un procédé intégré de séparation dans lequel :
  • i) un premier débit contenant un premier pourcentage de CO2 ainsi que de l’oxygène et éventuellement de l’eau est comprimé, éventuellement séché dans une première unité de séchage, séparé dans une unité de pré-concentration, par exemple par adsorption dans une unité d’adsorption, produisant un gaz enrichi en CO2 et appauvri en oxygène par rapport au premier débit et le gaz enrichi en CO2 est séparé par condensation partielle et/ou par distillation et/ou par solidification dans une première unité de séparation produisant un fluide contenant au moins 95% mol CO2 et au moins un premier fluide appauvri en CO2,
  • ii) un deuxième débit contient un deuxième pourcentage de CO2 supérieur au premier pourcentage ainsi que de l’oxygène et de l’eau, le deuxième débit est comprimé, séché dans une deuxième unité de séchage, séparé par condensation partielle et/ou par distillation et/ou par solidification dans une deuxième unité de séparation, la deuxième unité de séparation produisant un fluide enrichi en CO2 contenant au moins 90% mol de CO2 et appauvri en oxygène ainsi qu’un deuxième fluide appauvri en CO2 et enrichi en oxygène, et
  • iii) pour récupérer le CO2 présent dans le deuxième fluide appauvri en CO2, celui-ci est envoyé au moins en partie
  • a. en amont de l’unité de pré-concentration et/ou,
  • b. en aval de l’unité de pré-concentration.
  • Selon d’autres aspects facultatifs :
    • le deuxième fluide appauvri en CO2 est séparé dans l’unité de pré-concentration.
    • le premier et/ou le deuxième débit contient de l’azote, un oxyde d’azote ou du monoxyde de carbone.
    • l’unité de pré-concentration sépare le premier débit, et éventuellement le deuxième fluide appauvri en CO2, par adsorption, par exemple par bascule de pression, ou par perméation.
    • le premier débit contient moins que 50% mol CO2 à base sèche, de préférence moins que 35% voire moins que 30% mol CO2 à base sèche.
    • le gaz enrichi en CO2 contient plus que 50% mol CO2 à base sèche, de préférence plus que 90% mol CO2 à base sèche.
    • le deuxième débit contient au moins 50% mol CO2 à base sèche, plus que 70% mol CO2 à base sèche, voire au moins 90% de CO2 à base sèche.
    • la différence entre le premier pourcentage et le deuxième pourcentage de CO2 à base sèche est au moins 20%, voire d’au moins 40%.
    • le deuxième débit est séché par exemple à la pression atmosphérique comprimé et ensuite séparé dans la première ou la deuxième unité de séparation.
    • le deuxième fluide appauvri en CO2 est envoyé au moins en partie
  • en amont de l’unité de pré-concentration éventuellement en le mélangeant directement avec le premier débit, et le gaz enrichi en CO2 contient moins du constituant plus léger qu’un gaz résiduaire de l’unité de pré-concentration.
    • le deuxième fluide appauvri en CO2 est envoyé au moins en partie être mélangé sous pression avec le gaz enrichi en CO2 provenant de l’unité de préconcentration après au moins une étape de compression du gaz enrichi en CO2.
    • le premier fluide appauvri en CO2 est mélangé avec le deuxième fluide appauvri en CO2.
    • un mélange gazeux formé en mélangeant les premier et deuxième fluides appauvris en CO2 est détendu dans une turbine.
    • un mélange gazeux formé en mélangeant les premier et deuxième fluides appauvris en CO2 sert comme gaz de régénération dans l’unité de préconcentration qui fonctionne par adsorption.
    • un fluide contenant au moins 95% mol CO2 provenant de la première unité de séparation est envoyé dans la deuxième unité de séparation.
    • le deuxième fluide appauvri en CO2 et enrichi en oxygène est séparé dans la première unité de séparation.
    • le deuxième fluide appauvri en CO2 et enrichi en oxygène est mélangé et comprimé avec un gaz à séparer dans la première unité de séparation.
    • le deuxième fluide appauvri en CO2 et enrichi en oxygène est mélangé et comprimé avec le gaz enrichi en CO2 et appauvri en oxygène à séparer dans la première unité de séparation.
    • le deuxième fluide appauvri en CO2 et enrichi en oxygène est mélangé avec le gaz comprimé enrichi en CO2 et appauvri en oxygène à séparer dans la première unité de séparation.
    • le deuxième fluide appauvri en CO2 et enrichi en oxygène est mélangé avec un gaz séparé dans la première unité de séparation.
  • Selon un autre objet de l’invention, il est prévu un appareil intégré de séparation comprenant un premier compresseur, éventuellement une première unité de séchage, une unité de pré-concentration, par exemple par adsorption dans une unité d’adsorption, une première unité de séparation, des moyens pour envoyer un premier débit contenant un premier pourcentage de CO2 ainsi que de l’oxygène et éventuellement de l’eau au compresseur pour être comprimé, éventuellement des moyens pour envoyer le premier débit comprimé être séché dans la première unité de séchage, des moyens pour envoyer le premier débit comprimé et éventuellement séché se séparer dans l’ unité de préconcentration, produisant un gaz enrichi en CO2 et appauvri en oxygène par rapport au premier débit, des moyens pour envoyer le gaz enrichi en CO2 (13) être séparé par condensation partielle et/ou par distillation et/ou par solidification dans la première unité de séparation produisant un fluide contenant au moins 95% mol CO2 et au moins un premier fluide appauvri en CO2, un deuxième compresseur, une deuxième unité de séchage, une deuxième unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation, des moyens pour envoyer un deuxième débit contenant un deuxième pourcentage de CO2 supérieur au premier pourcentage ainsi que de l’oxygène et de l’eau au deuxième compresseur pour être comprimé, des moyens pour envoyer le deuxième débit comprimé pour être séché dans la deuxième unité de séchage, des moyens pour envoyer le deuxième débit comprimé et séché être séparé par condensation partielle et/ou par distillation et/ou par solidification dans la deuxième unité de séparation, la deuxième unité de séparation produisant un fluide enrichi en CO2 contenant au moins 90% mol de CO2 et appauvri en oxygène ainsi qu’un deuxième fluide appauvri en CO2 et enrichi en oxygène et des moyens pour envoyer le deuxième fluide appauvri en CO2 au moins en partie
  • a. en amont de l’unité de pré-concentration et/ou
  • b. en aval de l’unité de pré-concentration.
  • pour récupérer le CO2 présent dans le deuxième fluide appauvri en CO2.
  • De préférence, l’appareil ne comprend pas de première unité de séchage.
  • L’appareil ne comprend pas d’unité de préconcentration entre le deuxième compresseur et la deuxième unité de séchage.
  • L’appareil ne comprend pas d’unité de préconcentration entre la deuxième unité de séchage et la deuxième unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation.
  • La deuxième unité de séparation peut comprendre au moins un séparateur de phases en amont d’au moins une colonne de distillation, le deuxième fluide appauvri en CO2 provenant de l’au moins un séparateur de phases et le produit riche en CO2 provenant de l’au moins une colonne de distillation.
  • De préférence, l’appareil comprend des moyens pour mélanger le deuxième fluide appauvri en CO2 sous pression au moins en partie avec le gaz enrichi en CO2 en aval de l’unité de préconcentration et en aval d’au moins une étape de compression du gaz enrichi en CO2.
  • Parmi les caractéristiques optionnelles de l’invention :
    • le premier débit provient d’une aciérie
    • le premier débit est un gaz résiduaire de chauffage à combustible, par exemple d’une aciérie
    • le premier débit est un gaz de haut fourneau
    • le premier débit provient d’une usine à chaux
    • le premier débit provient d’un four à tambour rotatif, d’un four axial ou d’une cheminée de PRFK d’une usine à chaux
    • le premier débit provient d’une cimenterie
    • le premier débit provient de la cheminée principale d’une cimenterie ou de la cheminée dédiée au four rotatif d’une cimenterie ou d’une usine à chaux
    • le premier débit provient d’une raffinerie
    • le premier débit est un gaz résiduaire de craquage catalytique sur lit fluidisé ou provient d’un four de réchauffage d’une raffinerie
    • le premier débit est un gaz envoyé à la cheminée d’un SMR
    • le premier débit contient à base sèche entre 15 et 25% mol de CO2, entre 10 et 20% mol de CO2, entre 15 et 35% mol de CO2, entre 10 et 25% de CO2
    • Le deuxième débit contient à base sèche plus que 90% mol de CO2, voire plus que 95% mol de CO2
    • Le deuxième débit provient d’un lavage aux amines, par exemple traitant un gaz provenant d’une raffinerie ou d’un reformeur ou d’une cimenterie ou d’une aciérie (par exemple du gaz de réacteur DRI ou du gaz de haut fourneau)).
    • le deuxième débit provient d’une oxycombustion, par exemple d’une oxycombustion d’une usine à chaux pour précalcinateur ou calcinateur
    • le deuxième débit provient d’un procédé Calix
    • le deuxième débit est un résiduaire de PSA ayant séparé par exemple un gaz de haut fourneau
    • le deuxième débit provient d’une usine à chaux
    • le deuxième débit provient d’une oxycombustion avec four régénératif à flux parallèles (PRFK)
    • le premier débit provient d’un four régénératif à flux parallèles avec extraction de l’air de refroidissement
    • les premier et deuxième débits proviennent tous deux d’une même aciérie, d’une même usine à chaux, d’une même cimenterie, d’une même raffinerie ou d’un même reformeur (par exemple SMR).
    • les premier et deuxième débits proviennent tous deux de procédés différents opérés au sein d’une même aciérie, d’une même usine à chaux, d’une même cimenterie, d’une même raffinerie ou d’un même reformeur (par exemple SMR).
    • les premier et deuxième débits proviennent tous deux d’une aciérie, d’une usine à chaux, d’une cimenterie, d’une raffinerie ou d’un reformeur (par exemple SMR).
    • le premier débit provient d’une aciérie ou d’une usine à chaux ou d’une cimenterie ou d’une raffinerie ou d’un reformeur (par exemple SMR) et le deuxième gaz provient d’une autre unité qui est une aciérie ou une usine à chaux ou une cimenterie ou une raffinerie ou un reformeur (par exemple SMR).
  • L’invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures dans lesquelles :
  • illustre un procédé selon l’invention.
  • illustre un procédé selon l’invention qui est une variante de celui de la .
  • illustre un procédé selon l’invention.
  • illustre un procédé selon l’invention.
  • illustre un procédé selon l’invention dans lequel un premier débit 1 contenant moins que 50% mol CO2 à base sèche, par exemple entre 15 et 25% mol CO2 à base sèche est séparé dans un premier appareil A se terminant par une étape de condensation partielle et/ou distillation pour produire un fluide, ici un liquide contenant au moins 95% CO2.
  • Le premier appareil A comprend un compresseur 1C, une unité de séchage1D, une unité de pré-concentration P, un compresseur 1E et une unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation 1F. L’unité de séchage D peut être intégrée dans l’unité de préconcentration P.
  • Le premier débit 1 comprend également de l’oxygène, de l’eau et éventuellement au moins un composant qui est de l’azote, un oxyde d’azote ou du monoxyde de carbone.
  • Le premier gaz peut provenir
    • d’une aciérie,
    • d’une usine à chaux,
    • d’une cimenterie,
    • d’une raffinerie.
  • Le premier gaz peut être un gaz résiduaire de chauffage à combustible, par exemple d’une aciérie, un gaz de haut fourneau
  • Le premier gaz peut provenir d’un four à tambour rotatif, d’un four axial ou d’une cheminée de PRFK d’une usine à chaux.
  • Le premier gaz peut provenir d’un four à tambour rotatif d’une cimenterie.
  • Le premier gaz peut provenir de la cheminée principale d’une cimenterie ou de la cheminée dédiée au four rotatif d’une cimenterie ou d’une usine à chaux.
  • Le premier gaz peut être un gaz résiduaire de craquage catalytique sur lit fluidisé ou provient d’un four de réchauffage d’une raffinerie.
  • Le premier gaz peut être un gaz envoyé à la cheminée d’un SMR.
  • Le premier gaz contient à base sèche entre 15 et 25% mol de CO2, entre 10 et 20% mol de CO2, entre 15 et 35% mol de CO2, entre 10 et 25% de CO2.
  • Le premier débit 1 est comprimé par le compresseur 1C et séché dans l’unité de séchage 1D. L’eau condensée 5 dans le compresseur 1C et l’eau 7 enlevée dans l’unité de séchage 1D sont enlevées comme condensats 9.
  • Le premier débit comprimé et séché 10 est séparé dans l’unité de préconcentration P, qui peut fonctionner par adsorption, par exemple par bascule de pression ou par perméation. Le premier débit 10 est séparé formant un gaz 11 enrichi en CO2 et appauvri en oxygène par rapport au premier débit. Dans le cas d’une séparation par adsorption, ce gaz 11 constitue le résiduaire produit à basse pression. Le gaz 11 enrichi en CO2 est comprimé dans un compresseur 1E formant un gaz enrichi en CO2 comprimé 13 qui est séparé par condensation partielle et/ou par distillation et/ou par solidification dans une première unité de séparation 1F produisant un fluide 19 contenant au moins 95% mol CO2 comme produit.
  • Un deuxième débit 2 comprend au moins 50% mol CO2 à base sèche, de préférence au moins 70% mol CO2 à base sèche et est séparé dans l’appareil B. Il comprend également de l’oxygène, de l’eau et éventuellement au moins un composant qui est de l’azote, un oxyde d’azote ou du monoxyde de carbone. Le deuxième débit 2 contient dans certains cas entre 70 et 85% mol de CO2 à base sèche. Le deuxième débit 2 contient dans certains cas au moins 90%, voire au moins 95% mol de CO2 à base sèche.
  • Le deuxième débit provient par exemple d’un lavage aux amines, par exemple traitant un gaz provenant d’une raffinerie ou d’un reformeur ou d’une cimenterie ou d’une aciérie (par exemple du gaz de réacteur DRI ou du gaz de haut fourneau)).
  • Le deuxième gaz provient par exemple d’une oxycombustion, par exemple d’une oxycombustion d’une usine à chaux pour précalcinateur ou calcinateur
  • Le deuxième gaz provient par exemple d’un procédé Calix dans une cimenterie Ce procédé fonctionne en chauffant le calcaire via un réacteur en acier spécial. Cela permet de séparer et de capter le CO2 pur lorsqu’il est libéré du calcaire, et donc de maintenir isolés les gaz d’échappement du four.
  • Le deuxième gaz peut être est un résiduaire de PSA ayant séparé par exemple un gaz de haut fourneau.
  • Le deuxième gaz peut provenir d’une usine à chaux.
  • Le deuxième gaz peut provenir d’une oxycombustion avec four régénératif à flux parallèles (PRFK).
  • Le deuxième gaz peut provient d’un four régénératif à flux parallèles avec extraction de l’air de refroidissement.
  • Les premier et deuxième gaz peuvent provenir tous les deux d’une même unité, pouvant être une aciérie, une usine à chaux, une cimenterie, une raffinerie ou un reformeur (par exemple SMR).
  • Le deuxième débit 2 est comprimé dans un compresseur 2C, condensant l’eau 105 qu’il contient et le débit partiellement séché 102 est séché dans une unité de séchage 2D, par exemple à la pression atmosphérique, formant un débit séché 104 et de l’eau 107. Les condensats 109 formés en mélangeant les débits 105, 107 sont enlevés.
  • Le deuxième débit séché 104 est comprimé dans un compresseur 2E puis envoyé comme débit 113 à une unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation et/ou par solidification 2F. Un fluide 119, ici du liquide, est produit contenant au moins 90% mol CO2. L’unité 2F produit également un débit 121 appauvri en CO2 et enrichi en O2 qui peut par exemple provenir d’au moins un séparateur de condensation partielle en amont d’au moins une colonne de distillation dont est soutiré du CO2 liquide 119. Pour récupérer le CO2 contenu dans le débit 121, celui-ci est envoyé à l’unité de pré-concentration P pour s’y séparer en étant de préférence mélangé au premier débit 10.
  • Dans ce cas, la séparation par membranes du gaz 121 n’est pas nécessaire. Les compresseurs 2C et 2E peuvent faire partie de la même machine.
  • Dans la , on montre une variante de la dans laquelle, plutôt que d’être injecté directement en amont de l’unité de préconcentration P comme dans la , le fluide 121 peut être injecté comme débit 121A, 121B, 121C en aval en celle-ci en bénéficiant du fait que le fluide pauvre en CO2 121 de la deuxième unité 2F est typiquement à une pression autour de 30 bar. Dans ce cas, on peut mélanger ce fluide après la compression du fluide riche en CO2 de l’unité de préconcentration P ou en sortie de l'unité de séparation à basse température par condensation partielle et/ou distillation mais avant détente dans la turbine T.
  • Ainsi, le débit 121B appauvri en CO2 et enrichi en O2 provenant de l’unité 2F peut être envoyé se mélanger avec le gaz 15 produit par la première unité de séparation 1F, le mélange étant ensuite détendu dans une turbine T et envoyé à l’unité de préconcentration comme gaz de régénération.
  • Sinon le débit 121C peut être mélangé avec le débit d’alimentation 13 alimentant la première unité de séparation 1F.
  • Autrement le débit 121A peut être comprimé dans le compresseur 1E.
  • Dans la , l’appareil A ne diffère de celui de la en ce que le fluide produit 19 est un gaz contenant plus que 80% mol de CO2, de préférence au moins 90% de CO2. L’appareil B comprend deux sections de séparation par condensation partielle et/ou distillation et/ou par solidification 2F, 2G, ainsi qu’éventuellement une unité M de séparation par perméation.
  • Le compresseur 2E n’est pas présent.
  • La première section 2F sépare le deuxième débit comprimé et séché 104 formant un débit gazeux 129 enrichi en CO2 (contenant plus que 80% mol de CO2, de préférence au moins 90% de CO2) et un débit 123 enrichi en oxygène qui peut être séparé par adsorption ou perméation dans l’unité M pour récupérer le CO2 qu’il contient.
  • Le gaz 129 et le gaz 19 de l’unité A sont séparés dans la deuxième section 2G par condensation partielle et/ou distillation formant un liquide 119 riche en CO2, par exemple contenant au moins 95%mol CO2. La section 2G produit un gaz enrichi en oxygène 121. Le gaz 123 et/ou le gaz 121 est envoyé à l’unité de pré-concentration pour y être séparé.
  • La diffère de la en ce qu’il n’y a qu’une seule section de séparation par condensation partielle et/ou distillation, qui est la section 2F et par la présence du compresseur 2E. Le gaz 104 est comprimé dans le compresseur 2E, séparé dans la section 2F formant un liquide 119 riche en CO2, la section 2F étant également alimentée par le gaz 19 venant de l’appareil A.

Claims (16)

  1. Procédé intégré de séparation dans lequel
    i) un premier débit (1) contenant un premier pourcentage de CO2 ainsi que de l’oxygène et éventuellement de l’eau est comprimé (1C), éventuellement séché dans une première unité de séchage (1D), séparé dans une unité de pré-concentration (P), par exemple par adsorption dans une unité d’adsorption, produisant un gaz (11) enrichi en CO2 et appauvri en oxygène par rapport au premier débit et le gaz enrichi en CO2 est séparé par condensation partielle et/ou par distillation et/ou par solidification dans une première unité de séparation (1F) produisant un fluide contenant au moins 95% mol CO2 (19) et au moins un premier fluide appauvri en CO2 (15, 17)
    ii) un deuxième débit (2) contient un deuxième pourcentage de CO2 supérieur au premier pourcentage ainsi que de l’oxygène et de l’eau, le deuxième débit est comprimé (2C), séché dans une deuxième unité de séchage (2D), séparé par condensation partielle et/ou par distillation et/ou par solidification dans une deuxième unité de séparation (2F, 2G), la deuxième unité de séparation produisant un fluide enrichi en CO2 (119) contenant au moins 90% mol de CO2 et appauvri en oxygène ainsi qu’un deuxième fluide appauvri en CO2 et enrichi en oxygène (121, 121A, 121B, 121C) et
    iii) pour récupérer le CO2 présent dans le deuxième fluide appauvri en CO2, celui-ci est envoyé au moins en partie
    a. en amont de l’unité de pré-concentration et/ou
    b. en aval de l’unité de pré-concentration.
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le premier et/ou le deuxième débit (1, 2) contient de l’azote, un oxyde d’azote ou du monoxyde de carbone.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel l’unité de pré-concentration (P) sépare le premier débit (1) et éventuellement le deuxième fluide appauvri en CO2 (121) par adsorption, par exemple par bascule de pression, ou par perméation.
  4. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le premier débit (1) contient moins que 50% mol CO2 à base sèche, de préférence moins que 35% voire moins que 30% mol CO2 à base sèche.
  5. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le gaz enrichi en CO2 (11) contient plus que 50% mol CO2 à base sèche, de préférence plus que 90% mol CO2 à base sèche.
  6. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le deuxième débit (2) contient au moins 50% mol CO2 à base sèche, de préférence plus que 70% mol CO2 à base sèche.
  7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel la différence entre le premier pourcentage et le deuxième pourcentage de CO2 à base sèche est au moins 20%, voire d’au moins 40%.
  8. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le deuxième débit (2) est séché, à la pression atmosphérique, comprimé et ensuite séparé dans la deuxième unité de séparation (2F).
  9. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le deuxième fluide appauvri en CO2 (121) est envoyé au moins en partie en amont de l’unité de pré-concentration (P) éventuellement en le mélangeant directement avec le premier débit (10) et le gaz enrichi en CO2 (11) contient moins du constituant plus léger qu’un gaz résiduaire (12) de l’unité de pré-concentration.
  10. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le deuxième fluide appauvri en CO2 (121) est mélangé sous pression au moins en partie avec le gaz enrichi en CO2 (11) provenant de l’unité de préconcentration (P) après au moins une étape de compression (1E) du gaz enrichi en CO2.
  11. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le premier fluide appauvri en CO2 (15, 17) est mélangé avec le deuxième fluide appauvri en CO2 (121B, 121C).
  12. Procédé selon la revendication 11 dans lequel un mélange gazeux formé en mélangeant les premier et deuxième fluides appauvris en CO2 (15, 17, 121B) est détendu dans une turbine (T).
  13. Procédé selon la revendication 11 ou 12 dans lequel un mélange gazeux formé en mélangeant les premier et deuxième fluides appauvris en CO2 (15, 17, 121B) sert comme gaz de régénération dans l’unité de préconcentration (P) qui fonctionne par adsorption.
  14. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel un fluide (19) contenant au moins 95% mol CO2 provenant de la première unité de séparation (1F) est envoyé se séparer dans la deuxième unité de séparation (2F, 2G).
  15. Appareil intégré de séparation (A,B) comprenant un premier compresseur(1C), éventuellement une première unité de séchage (1D), une unité de pré-concentration (P), par exemple par adsorption dans une unité d’adsorption, une première unité de séparation (1F), des moyens pour envoyer un premier débit contenant un premier pourcentage de CO2 ainsi que de l’oxygène et éventuellement de l’eau au compresseur pour être comprimé, éventuellement des moyens pour envoyer le premier débit comprimé pour être séché dans la première unité de séchage, des moyens pour envoyer le premier débit comprimé et éventuellement séché se séparer dans l’ unité de préconcentration, produisant un gaz enrichi en CO2 et appauvri en oxygène par rapport au premier débit, des moyens pour envoyer le gaz enrichi en CO2 (13) être séparé par condensation partielle et/ou par distillation dans la première unité de séparation produisant un fluide contenant au moins 95% mol CO2 (19) et au moins un premier fluide appauvri en CO2 (15, 17), un deuxième compresseur (2C), une deuxième unité de séchage (2D), une deuxième unité de séparation (2F, 2G) par condensation partielle et/ou distillation et/ou par solidification, des moyens pour envoyer un deuxième débit (2) contenant un deuxième pourcentage de CO2 supérieur au premier pourcentage ainsi que de l’oxygène et de l’eau au deuxième compresseur pour être comprimé, des moyens pour envoyer le deuxième débit comprimé (102) pour être séché dans la deuxième unité de séchage, des moyens pour envoyer le deuxième débit comprimé et séché (104) être séparé par condensation partielle et/ou par distillation et/ou par solidification dans la deuxième unité de séparation, la deuxième unité de séparation produisant un fluide enrichi en CO2 (119) contenant au moins 90% mol de CO2 et appauvri en oxygène ainsi qu’un deuxième fluide appauvri en CO2 et enrichi en oxygène (121, 121A, 121B, 121C) et des moyens pour envoyer le deuxième fluide appauvri en CO2 au moins en partie
    a. en amont de l’unité de pré-concentration et/ou
    b. en aval de l’unité de pré-concentration.
    pour récupérer le CO2 présent dans le deuxième fluide appauvri en CO2.
  16. Appareil selon la revendication 15 comprenant des moyens pour mélanger le deuxième fluide appauvri en CO2 (121) sous pression au moins en partie avec le gaz enrichi en CO2 (11) en aval de l’unité de préconcentration (P) et en aval d’au moins une étape de compression (1E) du gaz enrichi en CO2.
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